ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УТИЛИЗАЦИОННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2000 года по МПК F02C1/00 

Изобретение относится к области энергетики, в частности к установкам, использующим энергию давления природного газа, и может быть применено на электростанциях, работающих на природном газе, избыточное давление которого после распределительного газопровода снижается в дросселирующих агрегатах.

Известно устройство SU 1231237 А, 15.05.1986, в котором частично используется перепад газа между газопроводом высокого и низкого давления в системе обеспечения потребителя газа. Для этого между газопроводами высокого и низкого давления включают газовую турбину, после которой устанавливают подогреватель газа от внешнего источника. Данное устройство имеет низкую эффективность.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении экономичности работы установки путем повышения степени использования потенциальной энергии природного газа и в расширении пределов регулирования работы установки при изменении расхода газа потребителями.

Сущность заявленного изобретения состоит в том, что в энергетической утилизационной установке, содержащей расширительную газовую турбину, включенную между трубопроводами высокого и низкого давления и соединенную с энергетическим генератором, установленные после турбины сепаратор, циркуляционный насос конденсата, включенный в рассечку трубопровода конденсата, подогреватели газовой фазы и конденсата с трубопроводами подвода греющей среды, предложено в рассечку трубопровода высокого давления на входе расширительной турбины подключить смеситель, соединенный с сепаратором с одной стороны трубопроводом газовой фазы, в рассечку которого включен компрессор повышенного давления газовой фазы сепаратора, а с другой стороны - трубопроводом конденсата, в рассечку которого включен регулятор расхода конденсата.

Путем перераспределения потоков газа и конденсата при использовании внешних источников подогрева конденсата удается применить в качестве рабочего тела в проточной части расширительной турбины (детандера) смесь из различных углеводородных соединений. Это приводит к тому, что более тяжелые углеводородные соединения при понижении давления (и, соответственно, температуры) в процессе движения по проточной части расширительной турбины переходят из газовой фазы в жидкую (конденсат), а это, в свою очередь, позволяет осуществить циркуляцию рабочего тела одновременно по газовой и жидкой фазам, что обеспечивает расширение пределов регулирования работы энергетической утилизационной установки при изменении расхода газа потребителями.

На чертеже представлена общая компоновочная схема энергетической утилизационной установки. Она содержит расширительную турбину (детандер) 1, включенную между трубопроводами 2, 3 высокого и низкого давления и подключенную к электрическому генератору 4 и газовому компрессору 5. После расширительной турбины (детандера) 1 установлен сепаратор 6 с трубопроводом 7, подводящим двухфазный газоконденсатный поток, и трубопроводом 8 для отвода конденсата, подключенным с одной стороны через циркуляционный насос 9 и регулятор расхода конденсата 10 к смесителю 11, а с другой стороны сообщенным через кран 12 со складом (на чертеже не показан). Сепаратор снабжен также трубопроводом 13 для отвода фазы, подключенным с одной стороны через газовый компрессор 5 к смесителю 11, а с другой стороны через запорный кран 14 к коллектору потребителей газа 15. Смеситель 11 через трубопровод высокого давления 2 соединен с расширительной турбиной (детандером) 1, а через запорный кран 16 - с распределительным газопроводом высокого давления 17. На отводящем трубопроводе конденсата 8 между сепаратором 6 и смесителем 11 установлен подогреватель конденсата 18, а на отводящем трубопроводе газовой фазы 13 между сепаратором 6 и коллектором потребителей газа 15 установлен подогреватель газовой фазы 19. Подогреватели 18, 19 трубопроводами 20, 21, 22, 23 подключены к источнику (на чертеже не показан) низкопотенциальной теплоты, например, системе оборотного водоснабжения электростанции. Распределительный газопровод 17 через запорно-регулирующее устройство 24, дросселирующее устройство 25 и запорно-регулирующее устройство 26 соединен с коллектором потребителей газа 15.

Установка работает следующим образом. Сжатый природный газ, обладающий избыточной энергией давления, через распределительный газопровод 17 поступает в расширительную турбину (детандер) 1 при открытом 16 и закрытом запорно-регулирующем устройстве, которая, с одной стороны, приводит во вращение электрический генератор 4, вырабатывающий электроэнергию, а с другой стороны, приводит во вращение газовый компрессор 5, который служит для повышения давления газовой фазы, отводимой через него из сепаратора 6 в смеситель 11. При расширении природного газа в расширительной турбине (детандере) 1 происходит понижение его давления и температуры, что приводит к выпадению из газового потока конденсата тяжелых фракций углеводородных соединений. После расширительной турбины (детандера) 1 двухфазный газоконденсатный поток поступает в сепаратор 6, в котором происходит разделение его на газовую фазу и на жидкую фазу (конденсат). Из сепаратора 6 газовая фаза поступает в трубопровод 13. Из трубопровода 13 часть газовой фазы через подогреватель газовой фазы 19 поступает в коллектор потребителей газа 15, а оставшаяся часть газовой фазы через газовый компрессор 5 отводится в смеситель 11.

В подогревателе газовой фазы 19 происходит повышение температуры газовой фазы, поступающей в коллектор потребителей газа 15 в результате теплообмена между газовой фазой и потоком теплоносителя, поступающим от источника низкопотенциальной теплоты через трубопровод 22, например, системы оборотного водоснабжения электростанции.

Жидкая фаза (конденсат) из сепаратора 6 поступает в трубопровод 8. Из трубопровода 8 часть конденсата циркуляционным насосом 9 через регулятор расхода 10 и подогреватель конденсата 18 подается в смеситель 11, а избыток конденсата через кран 12 подается на склад. Через кран 12 производится также подача конденсата со склада в энергетическую утилизационную установку при пуске или нерасчетных режимах работы. В подогревателе конденсата 18 происходит повышение температуры конденсата и его частичное или полное испарение в результате теплообмена между конденсатом и потоком теплоносителя, поступающим от источника низкопотенциальной теплоты, например системы оборотного водоснабжения электростанции, по трубопроводу 20. В зависимости от того, полное или частичное испарение конденсата происходит в подогревателе 18, в смеситель 11 поступает либо чисто газовый поток, либо газоконденсатный поток, и, соответственно, на вход расширительной турбины (детандера) 1 также поступает либо чисто газовый поток, либо двухфазный газоконденсатный поток.

Регулирование нагрева и полноты испарения конденсата производится изменением расхода конденсата при помощи регулятора расхода конденсата 10 и изменением расхода теплоносителя, поступающего от источника низкопотенциальной теплоты через трубопровод 20. Обеспечение питания потребителей газа на время проведения ремонтных и иных работ производится через дросселирующее устройство 25, которое включается в работу посредством открытия запорно-регулирующих устройств 24 и 26. Отключение установки производится при помощи запорных кранов 14 и 16.

Установка может быть использована на электростанциях, работающих на природном газе, избыточное давление которого после распределительного газопровода снижается в дросселирующих устройствах. Расширительная газовая турбина установки включена между трубопроводами высокого и низкого давления и соединена с электрическим генератором. После турбины установлены сепаратор и циркуляционный насос конденсата, включенный в рассечку трубопровода конденсата, подогреватели газовой фазы и конденсата с трубопроводами подвода греющей среды. В рассечку трубопровода высокого давления на входе расширительной турбины подключен смеситель, соединенный с сепаратором с одной стороны трубопроводом газовой фазы, в рассечку которого включен соединенный с расширительной газовой турбиной газовый компрессор, а с другой - трубопровод конденсата, в рассечку которого включен регулятор расхода конденсата. Такое выполнение установки повышает степень использования потенциальной энергии природного газа и расширяет предел регулирования работы установки при изменении расхода газа потребителями. 1 ил.

Энергетическая утилизационная установка, содержащая расширительную газовую турбину, включенную между трубопроводами высокого и низкого давления и соединенную с электрическим генератором, установленные после турбины сепаратор, циркуляционный насос конденсата, включенный в рассечку трубопровода конденсата, подогреватели газовой фазы и конденсата с трубопроводами подвода греющей среды, в рассечку трубопровода высокого давления на входе расширительной газовой турбины установлен смеситель, соединенный с одной стороны с сепаратором трубопроводом газовой фазы, в рассечку которого включен соединенный с расширительной турбиной газовый компрессор, а с другой - с трубопроводом конденсата, в рассечку которого включен регулятор расхода конденсата.